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論文

次世代超電導サイクロトロンの開発

石山 敦士*; 植田 浩史*; 福田 光宏*; 畑中 吉治*; 宮原 信幸*; 横田 渉; 鹿島 直二*; 長屋 重夫*

電気学会研究会資料,超電導応用電力機器研究会(ASC-10-33), p.83 - 88, 2010/06

陽子線や重粒子線(炭素線)によるがん治療は、高齢者や難治がんに有効であることがその実績から明らかになっている。このため粒子線によるがん治療のさらなる普及が望まれているが、主要装置である加速器が大型で建設費や運転費が高額であることが普及の障害となっている。本発表では、小型化,省電力化が可能なことから次世代型がん治療用加速器として有望な超電導サイクロトロンの開発の概要を報告する。

論文

数値シミュレーションによるNb$$_{3}$$Sn素線の波状曲げ変形時の超電導特性の評価

村上 陽之*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 奥野 清

電気学会論文誌,B, 128(6), p.853 - 859, 2008/06

ITER-EDAの中で開発されたNb$$_{3}$$Snモデル・コイル導体で、電磁力によって素線が波状に曲げ変形し、臨界電流性能が劣化する現象が観測された。素線の曲げ変形による臨界電流性能の劣化機構を解明するために、数値解析コードを開発した。解析結果は、単一素線の波状曲げ変形試験結果とよく一致し、コードの妥当性を示すことができた。さらに、素線に加わる横荷重のピッチ,温度,銅の汚染防止用のタンタル・バリアの厚さ,ブロンズのRRRなどをパラメータとして計算を行い、荷重のピッチを短くすること、及びタンタル・バリアの厚さを厚くすることが劣化を防止するために有効であることを示した。

論文

Numerical simulation of critical current degradation of Nb$$_{3}$$Sn strand in CIC conductor

村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 18(2), p.1051 - 1054, 2008/06

 被引用回数:2 パーセンタイル:78.41(Engineering, Electrical & Electronic)

大型超伝導導体では、電磁力による素線の波状変形によって臨界電流性能が劣化する。この機構を解明するために、解析コードを開発した。しかし、解析結果は、単一素線に波状変形を加えた実験結果を精度よく模擬することができなかった。そこで、素線の弾塑性変形を考慮し、加えてフィラメント間のコンダクタンスの詳細評価を実施した。この結果、解析の精度を改善することができた。そこで、改良したコードを用いて、臨界電流値のバリア厚さ,ブロンズのRRR、及びツイスト・ピッチの依存性を評価した。その結果、バリア厚さを厚くすることで劣化を低減できること,ブロンズのRRR,ツイスト・ピッチは影響が小さいことがわかった。

論文

Numerical simulation of critical current and n-value in Nb$$_{3}$$Sn strand subjected to bending strain

村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 17(2), p.1394 - 1397, 2007/06

 被引用回数:18 パーセンタイル:32.11(Engineering, Electrical & Electronic)

ITERモデル・コイルでは、導体に加わる電磁力が大きくなるほど、臨界電流値が劣化する現象が観測された。単一素線の臨界電流値の周期的曲げ変形依存性の実験結果をもとにした解析結果から、導体中で素線に周期的に加わる横荷重による素線の曲げ変形が、この原因であると考えられている。他方、単一素線の実験は、一定の条件下のみで行われており一般性に欠けていた。そこで、解析によって、臨界電流値の曲げ変形依存性の統一的評価を試みた。解析結果は、実験結果とよく一致したことから、改良したコードを用いて、臨界電流値の温度依存性,横荷重の周期の影響を調査することができるようになった。その結果、臨界電流値の劣化度は温度に依存し、また、横荷重の周期にかかわらず素線の曲げ歪で整理できることがわかった。

論文

Numerical simulation of the critical current and n-value in Nb$$_{3}$$Sn strand subjected to bending strain

広橋 雅元*; 村上 陽之*; 石山 敦士*; 植田 浩史*; 小泉 徳潔; 奥野 清

IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 16(2), p.1721 - 1724, 2006/06

 被引用回数:9 パーセンタイル:50.94(Engineering, Electrical & Electronic)

Nb$$_{3}$$Sn CIC導体のITERへの適用性を実証するために試験したモデル・コイルで、臨界電流値とn値の劣化が観測された。この原因として、導体内の素線の局所的で連続的な曲げが考えられている。そこで、臨界電流値、及びn値に対するこのような連続曲げの影響を、より一般的に評価するために、新たなモデルを構築し、解析コードを開発した。本モデルでは、フィラメントのツイスト効果や、隣接するフィラメントだけでなく他の離れたフィラメントとの電気的接触も考慮した。解析手法として、分布定数回路方程式を差分法により離散化し、ニュートン・ラプソン法で非線形方程式を解いて、フィラメント間の転流を計算した。解析結果は、これまでの実験結果を比較的よく模擬したが、より精度の高い解析のためには、フィラメント間の抵抗のモデル化を改良する必要があることがわかった。

口頭

数値シミュレーションによるNb$$_{3}$$Sn素線の曲げ歪印加時における超電導特性の評価

村上 陽之*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

ITERモデル・コイルでは、導体に加わる電磁力が大きくなるほど、臨界電流値が劣化する現象が観測された。単一素線の臨界電流値の周期的曲げ変形依存性の実験結果をもとにした解析結果から、導体中で素線に周期的に加わる横荷重による素線の曲げ変形が、この原因であると考えられている。他方、単一素線の実験は、一定の条件下のみで行われており一般性に欠けていた。そこで、解析によって、臨界電流値の曲げ変形依存性の統一的評価を試みた。解析結果は、実験結果とよく一致したことから、改良したコードを用いて、臨界電流値の温度依存性,横荷重の周期の影響を調査することができるようになった。その結果、臨界電流値の劣化度は温度に依存し、また、横荷重の周期にかかわらず素線の曲げ歪で整理できることがわかった。

口頭

数値シミュレーションによるNb$$_{3}$$Sn素線の曲げ歪印加時における超電導特性の評価

村上 陽之*; 植田 浩史*; 我妻 洸*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

Nb$$_{3}$$Sn素線の連続的な曲げ変形に対する臨界電流性能の劣化機構,要因を解明するために、分布定数回路モデルを用いた解析コードを開発した。解析結果は、実験結果と比較的よく一致し、開発した解析コードの妥当性が示された。本解析コードを用いて、臨界電流性能の劣化要因となるパラメータを調査し、以下の結論を得た。(1)臨界電流性能の劣化は温度に依存し、温度が高くなるほど劣化が大きくなる。(2)臨界電流性能の劣化度は横荷重の周期長に依存し、周期長が長いほど劣化が大きくなる。(3)臨界電流性能の劣化には、素線の曲げ剛性の影響が大きく、バリア層を厚くするなどの構成部材の断面積比を変えることは劣化を低減するために有効である。(4)ツイスト・ピッチの劣化への影響は小さい。

口頭

CIC導体内におけるNb$$_{3}$$Sn素線の超電導特性の数値解析・評価

村上 陽之*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

波状曲げ変形、及び一様な曲げ変形を受けるNb$$_{3}$$Sn線の臨界電流性能の劣化を数値解析で模擬するために、分布定数回路モデルを用いた解析コードを開発した。本解析モデルでは、新たに、素線内の銅とブロンズの熱歪、及び弾塑性変形を考慮した。これにより、解析によって、Nb$$_{3}$$Sn線の臨界電流性能の劣化の試験結果をよく模擬することができた。また、解析の結果、Nb$$_{3}$$Sn線内のフィラメント間で、電流転流が起こりにくいことがわかった。これらの解析モデルの詳細及び解析結果について発表する。

口頭

断面構造の異なるNb$$_{3}$$Sn素線のCIC導体内における超電導特性の評価

梶谷 秀樹*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 村上 陽之; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

Nb$$_{3}$$Sn/CIC導体を用いたITERモデル・コイル試験の結果、電磁力による素線の波状曲げ変形が原因と見られる劣化が起きた。そこで、Nb$$_{3}$$Sn素線の波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価するため分布定数回路を用いた数値解析コードを開発した。これまでの研究では、モデル・コイル導体に用いた素線に対して解析を行い、波状曲げ変形を受ける素線の臨界電流値の劣化度を解析的に評価できることを示した。今回はさらに進展させて、ITER用に開発されたNb$$_{3}$$Sn素線に対して解析を行った。その結果、バリア材や銅比などの断面構造を変更したITER用の素線に対しても実験結果と解析結果はよく一致することが確かめられ、本解析コードが素線の種類によらず波状曲げ変形に対する臨界電流値の劣化度を評価できることが示された。また、一般にバリア材のヤング率が小さくなることで臨界電流値の劣化が促進されることは知られているが、解析の結果バリア材をヤング率180GPaのTaからヤング率130GPaのNbに変更しても臨界電流値の劣化度に大きく影響しないことを明らかにした。

口頭

数値シミュレーションによるTFコイル用CIC導体内の電流分布解析

梶谷 秀樹*; 植田 浩史*; 石山 敦士*; 村上 陽之; 小泉 徳潔; 奥野 清

no journal, , 

ITER・TFコイル用ケーブル・イン・コンジット(CIC)導体の性能検証試験をスイスのSULTAN試験装置を用いて実施している。試験の結果、導体の超伝導特性が素線単体の性能と素線に加わる熱歪の値から予測される性能に比べ低下する現象が観測された。この要因として、ジョイント部における接続抵抗が素線ごとに異なることにより生じる導体内の電流偏流が考えられる。そこで、導体内の電流偏流の度合いを定量的に評価することを目的として、長手方向の磁場分布や温度変化に依存した素線ごとの超伝導特性,ジョイント部及びターミナル部における接続抵抗、及び素線間のインダクタンスを考慮した数値解析コードを開発した。解析の結果、ジョイント部の磁場が不均一であることと銅の磁気抵抗効果によって生じるジョイント部の抵抗率分布、接続に用いた銅と各素線の接触距離の違いに起因する接触抵抗の違いから電流偏流が生じ、導体の性能低下の要因となっていることが確認された。特に、銅の抵抗率分布が偏流に及ぼす影響は大きく、最大で平均値の1.7倍の電流を流している素線が存在することがわかった。

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